[其他]小泡電容式電子水平儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86202257
• 申請日: 1986-04-18
• 公開（公告）號: CN86202257U
• 公開（公告）日: 1987-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉瑞復(fù)
• 申請（專利權(quán)）人: 劉瑞復(fù)
• 主分類號: G01C9/24
• 分類號: G01C9/24;G01C9/06
• 代理公司: 機械工業(yè)部專利代理服務(wù)處
• 代理人: 徐曉琴

本實用新型屬于測量儀器，特別是用于測量物體水平位置的電子水平儀。

我國使用的現(xiàn)有電子水平儀，是由本發(fā)明人于1963年提出并生產(chǎn)了20余年，其結(jié)構(gòu)特點為，水泡式傳感器玻璃管內(nèi)用白金做電極，構(gòu)成可變電阻，電阻變化與傳感器傾斜角度成正比。由于白金是貴重金屬，不僅價錢昂貴，而且來源不足，甚至無來源，致使該儀器制造成本高，年產(chǎn)量少。電子線路采用交流電橋，相敏檢測器等，集成度和可靠性差，已不能滿足當(dāng)前國家工業(yè)的發(fā)展和宇航，電子計算機等先進技術(shù)的要求。

美國專利4，377，912????3／1983《Apparatus????for????sensing????and／or????measuring????change????in????inclinatio－ns》Inventor；Armik????A，Hakbver????dian????1153????Janis????Way，San????Jose????Calif????95125。記載了一種水泡式電子水平儀，用金屬箔做電極，但結(jié)構(gòu)上有兩個缺點。其一，水泡式傳感器采用非對稱電極，這樣當(dāng)傳感器中的氣泡隨外界溫度變化，例如溫度升高或降低會增大或縮小，直接影響測量精度，造成適用范圍小，使用條件高。其二，電子線路中，傳感器是測量線路中的一部分，當(dāng)晶體管老化和電源波動等不穩(wěn)定因素發(fā)生時也會直接影響測量精度。

針對上述問題，本發(fā)明設(shè)計了一種非金箔電極水泡式傳感器和改進的測量線路組成的電子水平儀，使儀器具有成本低，高靈敏度，可靠性強，適于高溫、低溫條件，用途廣泛等優(yōu)點。

本發(fā)明內(nèi)容是水泡電容式電子水平儀，包括水泡式傳感器和測量線路。水泡式傳感器采用銅箔或真空鍍膜電極，貼在密封玻璃管的外壁。管上方為兩片尺寸相同并對稱分布在水泡兩端的電極板，管下方為兩片（或一片）電極板，上片電極和下片電極之間留有一定空隙，組成兩個電容器。當(dāng)傳感器位于水準(zhǔn)位置時，氣泡居中，兩電容C₁等于C₂，當(dāng)外界溫度變化使氣泡尺寸增大或縮小時，對兩電容器的影響是一致的。氣泡增大時，C₁－△C₁，C₂－△C₂，氣泡減少時，C₁＋△C₁，C₂＋△C₂，因為△C₁＝△C₂，所以，克服了外界環(huán)境對氣泡溫度的影響，提高了精量精度。當(dāng)水泡式傳感器與基準(zhǔn)面的傾斜角度發(fā)生變化，氣泡移動方向使C₁－△C₁，另一方面電容C₂＋△C₂，由于玻璃管內(nèi)壁圓弧對稱，所以 △C₁＝△C₂，形成差動工作原理，使靈敏度提高一倍。

為了提高測量線路的可靠性和測量精度，本發(fā)明取消了原有測量線路的交流電橋和相敏檢測器，選用兩個型號特性均相同的振蕩電路組成振蕩器，選用一塊雙單穩(wěn)電路組成頻差檢測器。使傳感器的電容器做為振蕩器的振蕩參數(shù)，振蕩電路的老化和溫度漂移特性一致，受電源電壓的影響也一致，從而提高了測試精度和穩(wěn)定性。

本實用新型最佳實施可結(jié)合附圖來說明。

圖1是水泡電容式傳感器結(jié)構(gòu)圖。

圖2是測量線路電氣原理圖。

水泡式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示；密封玻璃管（3），內(nèi)裝介電常數(shù)較大的碘化電解液（4），玻璃管外壁貼有兩組4片長短尺寸相同的銅箔電極，管上方為兩片對稱分布在水泡（5）兩端的電極（1）（2），管下方為兩片對稱于管上方兩片電極（1′）（2′），上下片電極之間留有一定空隙（6），構(gòu)成兩個電容器，每片電極上接有一根導(dǎo)線，與測量線路的振蕩器中接點（11）相接。

測量線路的結(jié)構(gòu)如圖2所示；振蕩器（7）由兩個型號特性相同的BH555電路組成，頻差檢測器（8）由J210雙單穩(wěn)電路組成。低通濾波器（9）和放大器（10）由兩個1／2F124運算放大器組成。

本儀器測量原理是；當(dāng)水泡式傳感器與基準(zhǔn)面發(fā)生傾斜時，氣泡向傾斜角α方向移動，兩個電容器C₁與C₂值不相等，故振蕩頻率f₁與f₂也不相同，產(chǎn)生頻率差，經(jīng)過頻差檢測器，將頻率變化信號變成電壓頻率信號，再經(jīng)過低通濾波器和放大輸出至數(shù)字表頭（12）顯示。

本儀器制造工藝簡單，成本低，測量靈敏度、精度高，適于高低溫條件，不僅可用于堤壩、橋梁、公路、高層建筑、各種平臺的基準(zhǔn)水平位置的建立和監(jiān)控，也可用于航空、航海、天文、高射炮調(diào)角度及地震預(yù)報等一系列工程地質(zhì)的測量。